构思结构偶然偏心下扭转位移比不大于1.2的控制思路

       01     技术不值钱

 

案例模型为试算算例，未用于实际工程；

故结构布置合理性不做考量；

仅用于验证指标控制的可实施性。

这是一个闻者伤心，见着流泪的故事。

就在前不久， 不撸（a.k.a.李小龙）手上有一个项目，其中一个户型平面狭长，且凹凸尺寸较大，导致结构规则性不佳。

扩初阶段，考虑到规划面积认定因素，一开始未被 允许设置结构拉板等加强措施。

因此，不撸 担心上部结构可能存在 规则性超 限。

既然平面无法调整，而其他规避措施又受限制，不撸打算在结构专业的能力范围内解决问题，以期减少一项不规则类型。

这就是：

避免扭转不规则超限。

大家知道，要使结构扭转规则，就必须做到：

控制偶然偏心的扭转位移比不大于1.2。

由于户型平面狭长，建筑东西两侧山墙与刚心距离先天较远，不撸在原扩初方案上多次试算后发现，Y向正负偶然偏心下的位移比难以控制下来。

大白听说这事，觉得有点挑战性，就主动请缨要来原始模型。

只是，提出了一个小要求：

模型调过给500块钱。

当时不撸回复道：

先调过再说。

既然有钱赚，那就先试试呗。

大白花费了一整天时间，试算了十几二十遍，费尽功夫才把模型指标控制在预期范围内。

这下不就可以收钱了？

但是，却只得到如下回复：

平面加结构拉板了，模型没用上。

前面没答应付钱，只请大白喝饮料。

哎~~

技术真不值钱啊！！

我们还是来看案例吧。

       02     案例概况

 

这是一个33层的高层剪力墙住宅，建筑总高度约97m，标准层层高2.90m，带 一层地下室。

主要设计指标如下：

抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.15g，设计地震分组为第三组，建筑场地类别为二类，特征周期为0.45s，剪力墙抗震等级二级；

50年一遇基本风压为0.80kN/㎡，地面粗糙度为C类。

△  原扩初方案模型

原扩初方案的标准层平面如下 ：

△  原扩初方案标准层

户型一梯六户，平面总长度48.8m；宽度最薄处6.8m，最宽处15.3m；局部细腰处楼板宽度仅为3.5m。

程序提供的等效长度为44.93mm，等效宽度为11.61m，等效长宽比小于4。

△  标准层等效尺寸

由于基本风压大，上部结构主要控制工况为Y向风荷载。

原方案Y风向的层间最大位移角为1/1014，刚度控制较为出色。

△  -Y风下层间位移角指标

Y向考虑偶然偏心规定水平力下的扭转位移比如下图所示：

△  Y+ 偶然偏心规定水平力作用下的楼层最大位移

△  Y- 偶然偏心规定水平力作用下的楼层最大位移

可以看到， 负Y向的 层位移与层间位移下的扭转位移比高达1.40以上，各层双向位移比均超过1.2，需要下大力气才能把指标控制下来。

       03     控制思路

 

对于任一结构，考虑偶然偏心工况相当于将各楼层的质心强制偏移一定距离。

其作用是，在结构承受单向地震作用基础上，于结构各层的刚心位置叠加上顺时针或逆时针的附加扭矩。

附加扭矩大小与地震作用大小相关，也与质心偏移距离长短有关。

而质心偏移距离则完全取决于垂直于地震方向的房屋建筑物总长度。

这是因为规范规定，一般情况下各层 偏移值可定为该层建筑总长度的5%。

结合前文案例不难看出，由于平面总长度远大于宽度，Y向偶然偏心工况下各楼层的质心偏移值先天较大且无法改变，故水平地震引发的附加扭矩值较大，这是导致扭转位移比超限的主要原因之一。

众所周知，结构外周一定范围内的墙体对抗扭刚度贡献最大，离刚心越远则抗扭效果越佳。

为控制扭转效应，应想办法加强东西两翼处的墙体布置。

需要注意的是，这里存在一定的悖论：

为增强抗扭刚度，部分区域必须增加墙体材料，从而导致水平地震作用增加。

质心偏移值不变的情况下，各层附加扭矩必然增大，放大结构的扭转效应，可能抵消或削弱之前的调整行为。

故大白以为，控制扭转位移比的基本思路应该是：

控制结构扭转效应的同时，尽可能降低水平地震作用。

       04     控制成果

 

基于上述思路，大白对原方案的 平面布置进行了下列 调整：

1、在东西侧两翼范围内，增设了部分墙体；

2、优化了平面中部的墙体布置。

调整后标准层方案如下图所示：

△  大白方案标准层

此时，Y向风荷载下的层间最大位移角为1/1010，看上去与原方案的1/1014差别不大。考虑修回位移比影响后，现方案的真实刚度较原方案应有所提升。

△  +Y风下层间位移角指标

扭转位移比得到有效控制，各层均不超过1.20，上部结构可判定为扭转规则。

△  Y+ 偶然偏心规定水平力作用下的楼层最大位移

△  Y- 偶然偏心规定水平力作用下的楼层最大位移

相较原方案， 大白方案的全楼混凝土用量增加17.3%，上部总恒荷载增加7.1%，但Y向底层地震总剪力仅增长了3.38%。

结果符合大白预期，水平地震作用得到有效控制。

前后方案对比如下图所示，以方便大家对比：

△  结构布置对比图